UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS CAMPUS ARAPIRACA BACHARELADO EM AGRONOMIA COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS DE ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETo) NO MUNICÍPIO DE MARECHAL DEODORO -AL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS CAMPUS ARAPIRACA BACHARELADO EM AGRONOMIA

COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS DE ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETo) NO MUNICÍPIO DE MARECHAL DEODORO -AL

GUSTAVO JOSÉ OLIVEIRA FAUSTINO

Arapiraca-AL 2015 1

GUSTAVO JOSÉ OLIVEIRA FAUSTINO

COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS DE ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETO) NO MUNICÍPIO DE MARECHAL DEODORO -AL

Trabalho de Conclusão de Curso depositado como requisito parcial para conclusão do curso de Bacharel em Agronomia pela Universidade Federal de Alagoas – Campus Arapiraca, sob a orientação do prof. Dr. Allan Cunha Barros.

Arapiraca-AL 2015

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS CAMPUS-ARAPIRACA

BACHARELADO EM AGRONOMIA GUSTAVO JOSÉ OLIVEIRA FAUSTINO

COMPARAÇÃO

ENTRE

EVAPOTRANSPIRAÇÃO

DE

MÉTODOS

DE

REFERÊNCIA

(ETO)

ESTIMATIVA NO

MUNICÍPIO

DA DE

MARECHAL DEODORO-AL

APROVADO: 13/02/2015 Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela banca avaliadora como requisito parcial para conclusão do curso de Bacharel em Agronomia.

Prof. Dr. Allan Cunha Barros- UFAL/Campus Arapiraca Orientador

BANCA AVALIADORA

Eng. Agrônomo Kelton Felix de Lima – Graduado/UFAL / Campus Arapiraca Avaliador Interno

Eng. Agrônomo André Luíz Araújo e Silva– IFAL/Campus S. do Ipanema Avaliador Externo 3

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a DEUS, pelo dom da vida e por todas as conquistas até aqui providas. À minha família, principalmente meus pais, José Faustino Filho e Maristela Silva Oliveira Faustino, por todos os incentivos e apoio que sempre me deram nas minhas decisões. A todos as minhas irmãs, Graciele Oliveira Faustino, Gabriele Oliveira Faustino e Gleiciane Oliveira Faustino que sempre me ajudaram, e me apoiaram, a superar os vários obstáculos que percorri ao longo dessa jornada. Á todos os professores que lecionaram ao longo da graduação, por todos os conhecimentos obtidos ao logo desses últimos 6 anos. Em especial ao meu orientador, Allan Cunha Barros, que me proporcionou a oportunidade de realizar esse trabalho, por todos os ensinamentos que me proporcionou ao longo do curso, e com boa vontade e paciência me ajudou quando precisei. Obrigado pela excelente orientação. Aos colegas, e amigos que me acompanharam durante a difícil jornada da graduação. tornando-a mais fácil, com conversas, brincadeiras, abraços e todos os bons momentos que passamos juntos. Em especial aos colegas Thales Pereira da Silva, Klinger Nunes Tavares e ao Maxsuel Diniz Martins, que sempre me ajudaram e sempre foram os meus parceiros em vários trabalhos realizados, e por todos os momentos que passamos. Ao colega de curso André Luís, o fanfarrão, por todos o incentivos e apoio ao longo da graduação. A minha grande amiga, parceira, companheira e namorada Paula Barros, que desde que nos conhecemos desde quando eu cursava o 5º período, sempre me apoiou e sempre me deu força a lutar por um futuro melhor. A Universidade Federal de Alagoas/Campus Arapiraca que abriu as portas para a conquista da tão sonhada graduação.

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RESUMO

Existem diversos fatores relacionados ao sistema solo-planta-atmosfera que afetam o desenvolvimento das culturas, dentre estes o adequado suprimento de água ao longo do seu ciclo. Determinar o adequado suprimento de água de uma cultura está diretamente relacionado com a determinação ou estimava da evapotranspiração de referência (ETo). O documento FAO-56 determina o método de Penman-Monteith (P-M) como padrão para estimativa da ETo. No presente trabalho foi realizada a comparação entre quatro métodos de estimativa da ETo para o município de Marechal Deodoro da Fonseca-AL, com o método padrão. Foram utilizados os métodos de: Hargreaves & Samani (H-S), FAO-Blaney-Criddle (B-C), PriestleyTaylor (P-T), Jensen & Haise (J-H). Utilizou-se dados coletados da estação meteorológica do INMET da cidade referida. Para avaliar o ajuste dos métodos de estimativa da ETo com o método de P-M (FAO-56) utilizou-se os valores dos coeficientes de determinação (R2) e de correlação (r), do Erro Padrão da Estimativa (EPE) e do Erro Padrão da Estimativa Ajustado (EPEa), e os índices de concordância (d) e desempenho (c). Para todos os critérios estatísticos utilizados os métodos Hargreaves & Samani, Priestley-Taylor e Jensen & Haise foram os que apresentaram melhor avaliação quando comparados com o método de Penman-Monteith em ambos os períodos de avaliação. O método de FAO-Blaney-Criddle obteve classificação inferior aos demais métodos na estimativa da ETo para ambos os períodos, não sendo recomendado para o município de Marechal Deodoro da Fonseca.

Palavras-chave: evapotranspiração, agrometeorologia.

Penman-Monteith,

Marechal

Deodoro,

irrigação,

5

ABSTRACT

There are several factors related to the soil-plant-atmosphere system affecting crop development, among them the adequate water supply throughout its cycle. Determine the appropriate water supply of a culture is directly related to the determination or estimated reference evapotranspiration (ETo). The FAO-56 document determines the Penman-Monteith method (PM) as standard to estimate ETo. In the present study was performed to compare four ETo estimation methods for the municipality of Marechal Deodoro da Fonseca-AL, with the standard method. Methods were used: Hargreaves & Samani (HS), FAO Blaney-Criddle, (BC), Priestley-Taylor (PT), Jensen & Haise (JH). We used data collected from the meteorological station of INMET of that city. To assess the fit of the ETo estimation methods with the Penman-Monteith (FAO-56) used the values of coefficients of determination (R2) and correlation (r) of the Estimated Standard Error (EPE) and Standard of Adjusted estimate Error (EPEA), and the concordance rates (d) and performance (c). For all the statistical criteria used the Hargreaves & Samani methods, Priestley-Taylor and Jensen & Haise were those with better evaluation when compared with the Penman-Monteith method in both evaluation periods. The method of FAO Blaney-Criddle-was classified as inferior to the other methods to estimate ETo for both periods and is not recommended for the city of Deodoro.

KEY WORDS: Evapotranspiration, Penman-Monteith, Marechal Deodoro, irrigation, agrometeorology.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1

Regressão linear entre valores diários da evapotranspiração de referência (ETo) para o período seco ............................................................................... 33

Figura 2

Regressão linear entre valores diários da evapotranspiração de referência (ETo) para o período chuvoso ........................................................................ 36

7

LISTA DE TABELAS

Tabela 1

Classificação das correlações de acordo com o coeficiente de correlação (r)....................................................................................................................... 30

Tabela 2

Valores de “c” para critérios de interpretação do desempenho da estimativa da ETo (Camargo e Sentelhas, 1997)................................................................ 30

Tabela 3

Parâmetros Estatísticos .....................................................................................

38

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AL

Alagoas

BA

Bahia

B-C

Blaney- Criddle

ETo

Evapotranspiração

FAO Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura GO

Goiás

H-S

Hargreaves & Samani

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística J-H

Jensen & Haise

MS

Mato Grosso do Sul

P-M

Penman-Monteith

P-T

Priestley-Taylor

SP

São Paulo

RJ

Rio de Janeiro

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LISTA DE SÍMBOLOS

α

coeficiente de Priestley-Taylor.

d

declinação.

d

declinação solar.

D

Declividade da curva de pressão de vapor na saturação.

d

índice de Willmott.

dr

distância relativa da terra ao sol.

eo

Pressão de vapor na saturação.

ET

fluxo de calor latente.

f

latitude.

Gsc

constante solar.

j

latitude local.

J

dia do ano.

k

coeficiente mensal.

n

número total de observações.

n/N

relação entre as horas de insolação atual medidas e a o máximo de horas de insolação possíveis.

O

média dos valores observados.

Oi

valor observado.

p

porcentagem de insolação máxima diária.

P

Pressão atmosférica

Pi

valor estimado.

r

coeficiente de correlação.

R2

coeficiente de determinação.

ra

resistência aerodinâmica.

RA

radiação no topo da atmosfera.

Rb

saldo de radiação de ondas longas à superfície.

rc

resistência da cultura à transferência de vapor.

Rn

Saldo de Radiação.

Rs

Estimativa da radiação solar.

T

temperatura do ar.

TD

diferença das temperaturas médias máxima e mínima. 10

Ti

temperatura média do ar,

Tn

temperatura mínima diária.

Tmed temperatura média diária. TS

temperatura média do ar.

Tx

temperatura máxima diária.

u2

velocidade do vento a 2,0 m de altura.

ws

ângulo do ocaso do sol.

W1

estimativa da velocidade do vento.

W2

estimativa da velocidade do vento.

Yi

evapotranspiração estimada pelo método

Ym

evapotranspiração estimada pelo método padrão

Yic

evapotranspiração estimada pelo método, corrigida pelos coeficientes da regressão linear.

γ

constante psicrométrica.

λ

Calor latente de evaporação.

z1

altura.

z2

altura.

11

SUMÁRIO

1

Introdução .................................................................................................. 13

2

Referencias Bibliográficas .......................................................................... 15

3

Materiais e Métodos ................................................................................... 20

3.1

Área de Estudo ........................................................................................... 20

3.2

Dados .......................................................................................................... 20

3.3

Estimativa da Evapotranspiração de Referência ...................................... 20

3.3.1

Estimativa da Evapotranspiração de Referência pelo Método de PenmanMonteith ..................................................................................................... 20

3.3.2

Estimativa da Evapotranspiração de Referência pelo Método de Hargreaves & Samani ................................................................................. 25

3.3.3

Estimativa da Evapotranspiração de Referência pelo Método de BlaneyCriddle ........................................................................................................ 26

3.3.4

Estimativa da Evapotranspiração de Referência pelo Método PriestleyTaylor .......................................................................................................... 26

3.3.5

Estimativa da Evapotranspiração de Referência pelo Método de Jensen e Haise ............................................................................................................ 27

3.4

Comparação entre os Métodos ................................................................... 27

4

Resultados e Discursões............................................................................... 30

5

Conclusões .................................................................................................. 37

6

Referências ................................................................................................. 38

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1 INTRODUÇÃO A determinação da quantidade de água necessária para as culturas é um dos principais parâmetros para o correto planejamento, dimensionamento e manejo de qualquer sistema de irrigação (MENDONÇA, 2003). Existem diversos fatores relacionados ao sistema soloplanta-atmosfera que afetam o desenvolvimento das culturas, dentre estes o adequado suprimento de água ao longo do seu ciclo. É de grande importância para o dimensionamento de sistemas de irrigação determinar a quantidade de água nas diferentes fases do desenvolvimento de determinada cultura, visto que a água se trata de um recurso natural limitado e importante para sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola (CHAGAS, 2013). Uma alternativa para o manejo eficiente de sistemas de irrigação é por meio da estimativa da evapotranspiração da cultura (ETc).

Esta quantidade de água requerida é

estimada em função da evapotranspiração de referência (ETo) e do coeficiente da cultura (Kc), indicativo da necessidade de água, em cada estádio de desenvolvimento das plantas (CHAGAS et al., 2013; SILVA et al., 2011; SOUSA et al., 2010; SILVA et al., 2009; OLIVEIRA et al., 2001; DOORENBOS & PRUITT, 1986; ALLEN et al., 1998). Borges e Mendiondo (2007) Definem a evapotranspiração de referência (ETo) como sendo o processo de perda de água para a atmosfera por meio de uma superfície padrão gramada, cobrindo a superfície do solo e sem restrição de umidade. A Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura (FAO) adotou como padrão o método de Penman- Monteith para a estimativa da ETo, devido à característica de interatividade entre a base física e os parâmetros fisiológicos e aerodinâmicos da planta e por utilizar várias informações climáticas (ALLEN et al., 1998; PALARETTI et al., 2014). A evapotranspiração de referência é calculada com uma cultura hipotética, com altura uniforme de 0,12 m, albedo igual a 0,23 e resistência da cobertura ao transporte de vapor de água igual a 70 s.m⁻¹, o que representaria a evapotranspiração de um gramado verde, de altura uniforme, em crescimento ativo cobrindo totalmente a superfície do solo, e sem falta de água (SILVA et al., 2011; ARAÚJO et al., 2011; VESCOVE E TURCO, 2005; OLIVEIRA et al., 2001; ALLEN et al., 1998; PEREIRA et al., 1997; SMITH, 1991).

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A ETo pode ser estimada por métodos diretos e indiretos. Para a realização dos métodos diretos é necessário à utilização de lisímetros, parcelas experimentais no campo, controle de umidade do solo e método de entrada e saída de água em grandes áreas, apesar de apresentar ótimos resultados, utiliza equipamentos de custo muito elevado, tornando-se inviável sua utilização no manejo da agricultura irrigada no dia a dia. (BERNADO et al., 1996; SILVA et al., 2014). Métodos indiretos também oferecem a estimativa da ETo. Diante do método PenmanMonteith-FAO Vários pesquisadores propuseram metodologias empíricas para se estimar a ETo como os métodos Radiação Solar, Makkink, Linacre, Jensen-Haise, Camargo, Ivanov, Hargreaves- Samani, e outros (MENDONÇA E DANTAS, 2003; SILVA et al., 2014). O interesse na utilização de métodos indiretos é justificável pelo fato do método padronizado pela FAO para estimava da ETo exigir a disponibilidade de um número considerável de variáveis climatológicas, tornando-o muitas vezes pouco aplicável em regiões onde não há tantas informação, e onde verifica-se deficiência no monitoramento total dos elementos meteorológicos (CAMARGO & CAMARGO, 2000, CHAGAS et al., 2013). Segundo Mendonça et al. (2003), Diversos pesquisadores em todo o mundo propuseram modelos indiretos para a estimativa da ETo, com as mais diferentes concepções e número de variáveis envolvidas. Antes de se eleger o modelo a ser utilizado para a estimativa da ETo, é necessário saber quais os elementos climáticos disponíveis; a partir daí, verifica-se quais podem ser aplicados, uma vez que a utilização dos diferentes métodos para certo local de interesse fica na dependência dessas variáveis. O município de Marechal Deodoro da Fonseca está localizado na região litorânea do estado de Alagoas, região que se destaca na produção de Cana-de-açúcar, com cerca de 15.300 ha⁻¹ cultivados, e produção de estimada de 1.009.795 toneladas (IBGE, 2012). O presente trabalho tem como objetivo comparar métodos de ETo com o método de Penman-Monteith, para a região do município de Marechal Deodoro, para identificar o(s) método(s) que melhor se ajustam à região.

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2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS A água é a substância mais importante para a sobrevivência das espécies animal e vegetal, a necessidade do controle das reservas hídricas é fundamental para a existência de vida no planeta Os recursos hídricos de uma região devem ser utilizados de forma racional por toda a sociedade. Um dos setores de maior consumo mundial de água é a agricultura, e não tem-se a preocupação de se fazer cada vez mais o uso racional dessa substância (Mendonça e Dantas, 2010). A água é dos principais fatores de produção agrícola, sendo essencial para o desenvolvimento sustentável da atividade agrícola. Cerca de 70% da água doce consumida no mundo é utilizada pela agricultura, a agricultura é a atividade que mais utiliza água no mundo, superando o consumo humano e a produção de energia elétrica. Com o crescimento ascendente da população mundial, é necessário produzir mais alimentos e aliar com o desenvolvimento de técnicas que controlem e minimizem o uso de água sem comprometer a produção agrícola (Silva et al., Araújo et al., 2007; 2014, Quaglia, 2005). Saber a quantidade de água evapotranspirada num sistema solo-planta-atmosfera é uma informação de grande importância na elaboração de projetos de irrigação, diversos fatores relacionados a esse sistema afetam o desenvolvimento das culturas, dentre estes o adequado suprimento de água ao longo do seu ciclo. O manejo adequado da água é de grande importância, pois a sua captação e elevação exigem alto investimento em equipamentos e grande consumo de energia, além da possibilidade de gerar impactos ambientais nas regiões de intensa exploração da agricultura irrigada e por esses motivos pode determinar o sucesso ou fracasso do empreendimento, tanto economicamente quanto em termos ambientais. Diante desta informação, determinar corretamente a quantidade e o momento da aplicação de água pela irrigação, minimizando o uso dos recursos hídricos de uma região se faz necessário para não cair no fracasso de um sistema de irrigação mal sucedido (Chagas et al., 2013; Oliveira e Carvalho, 1998). Para determinar o quanto de água está sendo perdido por evaporação e transpiração, é necessária a utilização de métodos que permitam estimar essas perdas que serão repostas via água de irrigação, caso as chuvas não sejam suficientes. Essa perda global é denominada de evapotranspiração, que pode ser definida como um processo combinado de transferência de

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água do solo para a atmosfera, incluindo a evaporação da água do solo diretamente e o processo de transpiração através dos tecidos vegetais (Vescove e Turco, 2005). Um dos principais elementos do ciclo hidrológico é a evapotranspiração. A precisão de sua estimativa é de importância para diversos estudos, como a simulação de produtividade de culturas, gerenciamento dos recursos hídricos, projetos e manejos de irrigação, entre outros (Lima, 2005). O manejo da irrigação requer, além de métodos e tecnologia adequada, estudos específicos de consumo de água para cada cultura em épocas, locais e estádios de desenvolvimento distintos. Uma alternativa para o manejo eficiente de sistemas de irrigação é por meio da estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) (Silva et al., 2011). Para se estimar a necessidade hídrica de uma cultura em cada uma de suas fases de desenvolvimento o método usualmente utilizado tem como base a estimativa da evapotranspiração da cultura (ETc) que pode ser obtida através do valor da evapotranspiração de uma cultura de referência (ETo) corrigida pelo coeficiente da cultura (Kc), coeficiente este que dependente da cultura utilizada e de seu estágio de desenvolvimento (Chagas et al., 2013; Sousa et al., 2010; Silva et al., 2009; Oliveira et al., 2001; Doorenbos & Pruitt, 1986; Allen et al., 1998). Uma grande dificuldade para o planejamento correto da irrigação é a estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) de uma localidade constitui-se, pois para a maior parte dos métodos utilizados são necessários dados climatológicos e/ou coeficientes de ajuste normalmente não disponíveis ao irrigante; além disso, existem problemas de sub ou superestimativas da lâmina evapotranspirada (Oliveira e Carvalho, 1998). Para se alcançar economia hídrica na agricultura é oportuno se obter uma irrigação mais próxima do ideal e, para tanto se necessita de estudos que levem em consideração principalmente os aspectos meteorológicos da região e, também, se fazer estimativas mais confiáveis para o manejo dessa técnica, em cujo contexto a estimativa adequada da evapotranspiração de referência (ETo) é de suma importância (Mendonça, 2010). Burman et al. (1983) definiu a evapotranspiração como a expressão da quantidade equivalente de água evaporada por unidade de tempo, geralmente expressa como lâmina de água por unidade de tempo (mm dia⁻¹). Já segundo Pereira et al. (1997), evapotranspiração é o termo utilizado para expressar a ocorrência simultânea dos processos de evaporação e

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transpiração, que são controlados pela disponibilidade de energia, pela demanda atmosférica e pelo suprimento de água do solo às plantas. Smith (1991) definiu a evapotranspiração de referência sendo baseada como aquela em

que uma cultura hipotética, com altura uniforme de 0,12 m, albedo igual a 0,23 e resistência da cobertura ao transporte de vapor de água igual a 70 s.m⁻¹, o que representaria a evapotranspiração de um gramado verde, de altura uniforme, em crescimento ativo cobrindo totalmente a superfície do solo, e sem falta de água (Silva et al., 2011; Vescove e Turco, 2005; Araújo et al., 2011; Oliveira et al., 2001; Allen et al., 1998; Pereira et al., 1997; Smith, 1991). Foi determinado como método padrão para a estimativa da ETo a equação de PenmanMonteith – FAO, devido à característica de interatividade entre a base física e os parâmetros fisiológicos e aerodinâmicos da planta, e por utilizar várias informações climáticas (Allen et al., 1998; Palaretti et al., 2014). O manejo da irrigação requer, além de métodos e tecnologia adequada, estudos específicos de consumo de água para cada cultura em épocas, locais e estádios de desenvolvimento distintos. Uma alternativa para o manejo eficiente de sistemas de irrigação é por meio da estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) (Silva et al., 2011). Segundo Araújo et al. (2007) antes de se eleger o modelo a ser utilizado para a estimativa da ETo, é necessário saber quais os elementos climáticos disponíveis; a partir daí, verifica-se quais podem ser aplicados, uma vez que a utilização dos diferentes métodos para certo local de interesse fica na dependência dessas variáveis. A ETo pode ser estimada por métodos diretos e indiretos. Para a realização dos métodos diretos é necessário à utilização de lisímetros, parcelas experimentais no campo, controle de umidade do solo e método de entrada e saída de água em grandes áreas. Nos métodos diretos, se faz necessário a utilização de lisímetros para obter melhor precisão para a determinação da ETo. Por serem equipamentos de custos elevados, seu uso tem ficado restrito a instituições de pesquisas, tendo sua utilização justificada na calibração regional de métodos indiretos (Bernado et al., 1996). O método direto (lisímetro), apesar de apresentar ótimos resultados, utiliza equipamentos de custo muito elevado, tornando-se inviável sua utilização no manejo da 17

agricultura irrigada no dia a dia. Já os métodos indiretos oferecem a estimativa da ETo, sendo o método Penman-Monteith-FAO considerado padrão. Outros métodos são utilizados para se estimar a evapotranspiração de referência, como os métodos Radiação Solar, Makkink, Linacre, Jensen-Haise, Camargo, Ivanov, Hargreaves- Samani, Tanque Classe “A” e outros (Silva et al., 2014). Segundo Mendonça et al. (2003), Diversos pesquisadores em todo o mundo propuseram modelos indiretos para a estimativa da ETo, com as mais diferentes concepções e número de variáveis envolvidas. Antes de se eleger o modelo a ser utilizado para a estimativa da ETo, é necessário saber quais os elementos climáticos disponíveis; a partir daí, verifica-se quais podem ser aplicados, uma vez que a utilização dos diferentes métodos para certo local de interesse fica na dependência dessas variáveis. A ETo é de fundamental importância para o dimensionamento de sistemas e para o manejo da água de irrigação, o que requer a adoção de estudos, avaliações e ajustes para sua correta utilização. A escolha de um método de estimativa da ETo depende de uma série de fatores, tais como: da disponibilidade de dados meteorológicos e da escala de tempo desejada (Mendonça e Dantas, 2010). A não-verificação da adequação dos métodos de estimativa da evapotranspiração de referência às condições climáticas, a falta de precisão na estimativa, bem como o erro, devido ao uso de instrumentos de medidas inadequados, em geral, também conduzem ao manejo inadequado da água, afetando muitas vezes a produção agrícola (Silva et al., 1993). Apesar da existência de diversos modelos para se estimar a ETo, eles, no entanto, são utilizados em condições climáticas e agronômicas muito diferentes daquelas em que inicialmente foram concebidos e, por isso, é de extrema importância avaliar o grau de exatidão desses modelos, antes de utilizá-los para nova condição (Oliveira et al. 2011). É objetivo de estudo de muitos pesquisadores, determinar um método indireto de estimativa da ETo, adequado às características climáticas de determinada região, comparando-o com o método Penman-Monteith, FAO 56, que melhor se ajuste a este (OLIVEIRA E CARVALHO, 1998; OLIVEIRA et al., 2001; DROOGERS e ALLEN, 2002; MENDONÇA et al. 2003; ANDRADE JÚNIOR et al. 2003; OLIVEIRA et al. 2005; VESCOVE E TURCO, 2005; BORGES e MENDIONDO, 2007; REIS et al. 2007; SOUSA et al. 2010; ALENCAR et al. 2011; SOUZA et al. 2011; SILVA et al., 2014). 18

Souza et al. (2010) verificaram a precisão dos métodos de estimativa de ETo propostos por Penman-Monteith, Priestley & Taylor, Jensen & Haise, Linacre, Hargreaves, Tanque “Classe A” e Makkink, nos perímetros irrigados do estado de Sergipe, Na comparação das equações com o método FAO Penman-Monteith, os resultados obtidos indicaram que a melhor correlação ocorreu no perímetro de Califórnia com os métodos de JH e PT, com correlação 95% e 92% respectivamente, enquanto o de pior relacionamento foi com o método de TCA, com valor de 60%. Stone & Silveira (1995) compararam nove modelos de estimativa de ETo para o município de Santo Antônio em Goiás-GO, com os resultados obtidos a partir da evaporação do Tanque “Classe A”, verificaram que o modelo de Penman foi o que apresentou maior coeficiente de correlação com os valores medidos pelo tanque “Classe A”, os métodos de Hargreaves e Garcia-Lopes, foram os que melhor apresentaram correlação com o Tanque “Classe A” após o de Penman, esse resultado foi justificado pelo fato desses dois métodos empregarem a umidade relativa em sua fórmula, a qual foi uma variável que influenciou na evaporação do tanque. Em estudo de comparação entre métodos de estimativa da ETo na Bacia do Rio Jacupiranga, Borges e Mediondo (2007), comparando os métodos Blaney-Criddle, Hargreaves, Camargo, Thornthwaite, Hamon e Kharrufa, relataram que a equação de BlaneyCriddle há uma subestimativa em quase todo o ano, com erros maiores ocorrendo na estação seca, a equação de Hamon subestimou a ETo em todo o período, sem tendência específica quanto à estação do ano e os modelos de Thornthwaite e Camargo apresenta tendências similares: baixos erros nos meses mais chuvosos (fevereiro e março) e maiores erros nos meses mais secos (agosto e setembro). As conclusões variam muito segundo cada autor e localidade em estudo, o que dificulta ao usuário decidir qual método adotar. Portanto se faz necessário realizar estudos comparativos da ETo, por vários métodos, para cada localidade, para assim determinar quais os métodos que melhor se ajustam a esta, para que assim possam realizar trabalhos futuros como implantação e manutenção de sistemas de irrigação, manejo de recursos hídricos, entre outros ( Chagas et al., 2013; OLIVEIRA et al., 2011; OLIVEIRA et al., 2001; Oliveira e Carvalho, 1998).

19

3 METODOLOGIA

3.1 Área de Estudo A cidade em estudo foi Marechal Deodoro da Fonseca, localizada na região litorânea do estado de Alagoas, com coordenadas geográficas de Latitude - 09º 42' 37" e longitude 35º 53' 42", altitude de 31 metros em relação ao nível do mar e clima Tropical chuvoso com verão seco e estação chuvosa no outono/inverno. 3.2 Dados Os dados relativos às variáveis climatológicas (temperaturas máxima, mínima e média (ºC), umidade relativa do ar (%), velocidade do vento média (m.s-¹) e radiação solar incidente (W.m-2) foram obtidos através de uma estação agrometeorológica automática da marca METOS, modelo micrometos, do banco de dados do INMET, de uma série histórica de 2003 à 2005, registrados em planilha eletrônica Excel. Todos os cálculos foram realizados nas planilhas e também gerado os gráficos. 3.3 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) Utilizaram-se as equações de Penman-Monteith, Hargreaves & Samane, FAO-BlaneyCriddle, Priestley-Taylor e Jensen & Haise Para a estimativa da ETo. 3.3.1 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) pelo Método de PenmanMonteith – (P-M) Monteith desenvolveu, com base na equação de Penman, uma equação que inclui a resistência aerodinâmica e a resistência ao fluxo de vapor pela folha. A equação combinada com os termos de resistência aerodinâmica e da superfície passou a ser chamado de equação de Penman-Monteith (Sediyama, 1996). (

(

rc

)

(

)

( )

)

6 sm⁻1 20

em que:

λ E, Rn e G em MJ m-2 d-1; T - temperatura do ar, oC; ra - resistência aerodinâmica, s.m-1; rc - resistência da cultura à transferência de vapor, s m-1; u2 - velocidade do vento a 2,0 m de altura, m s -1. 

Constante psicrométrica, γ A constante psicrométrica, g, representa o balanço entre o calor sensível ganho pela

passagem do fluxo de ar no termômetro de bulbo úmido e calor sensível transformado em calor latente, calculada como: ( )

6 Dado em kPa oC-1 

Calor latente de evaporação, λ O calor latente de evaporação, em MJ kg -1, é virtualmente invariável a pressão

atmosférica, mas varia como temperatura. Pode ser estimado como segue: 6 

⁻

, T em ° C

(3)

Pressão atmosférica, P A pressão atmosférica, como a função de elevação z, em metros, pode ser estimada

como segue: (

6

)

( )

T em Kpa 21



Pressão de vapor na saturação, eo Tetens (1930) e Murray (1967) apresentam uma expressão mais conveniente para a

pressão de vapor na saturação, em kPa, onde T é em oC. [ 

6

6

]

( )

Declividade da curva de pressão de vapor na saturação, D A declividade da curva de pressão de vapor na saturação é obtida derivando a equação

de Tetens (1930) e Murray (1967), cujo resultado em kPa oC-1, e dado como se segue:

( 

)

(6)

Saldo de Radiação, Rn (

)

(7)

Dado em MJ.m-2.d-1 onde: sendo a = 0,23, o albedo para uma superfície coberta completamente com vegetação em crescimento ativo. 

Estimativa da radiação solar, Rs Rs valores diários de radiação solar podem ser estimados usando a equação a seguir,

recomendada por Doorenbos e Pruitt: Rs = (a + b n/N)RA , MJ.m-2.d-1 (8) onde: n/N relação entre as horas de insolação atual medidas e a o máximo de horas de insolação possívei; Rs radiação solar efetiva; RA radiação no topo da atmosfera; 22

a e b coeficientes de Ängstron, a = 0,25 e b = 0,50. 

Radiação solar no topo da atmosfera, RA Valores diários de RA podem ser calculados usando a seguinte equação apresentada

por Duffie e Beckman (1980) onde todos os ângulos são expressos em radianos. (

s

s

s

s s

)

( )

em que: RA- radiação solar no topo da atmosfera, em MJm-2 d-1 f - latitude, em radianos d - declinação solar w s - ângulo do ocaso do sol, em radianos dr - distância relativa da terra ao sol Gsc = 0,0820 MJm-2 min-1, constante solar A declinação, d , em radianos, pode ser estimada como: d = 0,493 sen (2p (284 + J)/365) onde J é o dia do ano (1o. de janeiro = 1)  A distância relativa da terra ao sol, dr, pode ser estimada como: dr = 1 + 0,033 cos (2p J/365)

(10)

 O ângulo na hora do pôr-do-sol, w s, em radianos pode ser calculado como: w s = arc cos (- tan (f ) + tan (d ))

(11)

 Valores de N para diferentes meses e latitudes podem ser calculados usando a fórmula a seguir: (

)

(

)

23



Saldo de radiação de ondas longas à superfície, Rb (

(

√ )

)

(

)

em que: Rb - saldo de radiação de ondas longas à superfície, MJ m-2 d-1 Tx - temperatura máxima diária, K Tn - temperatura mínima diária, K Para flutuação diária de temperatura (profundidade efetiva de 1,8m) valor médio do fluxo de calor no solo pode ser estimado, para fins práticos, por intermédio da seguinte equação: (

)

(

)

Dado em MJ m-2 d-1 (14) em que : Ti - temperatura média do ar, ° C, para o dia i Ti -1 - temperatura média do ar, ° C, para o dia i - 1 

Extrapolação da velocidade do vento Os dados disponíveis de velocidade do vento são freqüentemente obtidos por

instrumentos localizados em elevações acima da superfície do solo, que são diferentes das elevações especificadas nas diferentes fórmulas de ETo. Por exemplo, a maior parte das equações de Penman comumente requerem a velocidade do vento a 2 m de altura. A equação a seguir representa a variação da velocidade do vento com a elevação próxima à superfície do solo para cultivos agrícolas. [

]

(

)

24

onde W2 é a estimativa da velocidade do vento na altura z2 e W1 é a medida da velocidade do vento a altura z1 acima do solo ou da superfície do dossel. O expoente a encontra-se entre 0 e 1 e varia com a estabilidade atmosférica e a rugosidade do solo. Doorenbos e Pruitt (1977) recomendam o valor de a igual a 0,17 quando z 1 é maior que z2 e 0,22 quando z1 é menor que z2. O valor adotado foi 0,20

3.3.2 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) pelo Método de HargreavesSamani – (H-S) É um método baseado na temperatura e na radiação solar. A equação de Hargreaves, modificada por Samani, onde o termo de correção, devido a umidade relativa do ar, foi excluído da equação original, teve como princípio o ajustamento dos índices da equação para as condições locais. O ajuste das constantes da equação foi realizado incorporando o termo de amplitude térmica média do mês, em ° C. (

)

( 6)

onde: ET - fluxo de calor latente, MJ.m-2.d-1; RA - radiação no topo da atmosfera, MJ.m-2.s-1; TD - diferença das temperaturas médias máxima e mínima, ° C; TS - temperatura média do ar, ° C. A radiação no topo da atmosfera é obtida segundo a seguinte equação: 6[

s(

6

)] (

s

s

s

s s

)

(

)

em que : J - dia do ano;

ωs - ângulo horário do pôr do Sol, radianos; j - latitude local, radianos; 25

d - declinação do Sol, radianos. s

[(

6

)

]

(

)

3.3.3 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) pelo Método de Blaney & Criddle – (B-C) O modelo proposto por Blaney & Criddle (1950) é muito usado no oeste dos Estados Unidos para quantificar irrigação. Convertida para o sistema métrico, a equação pode ser expressa como: ETo = K p (0,46 Ta + 8,13)

(19)

em que: k – coeficiente mensal dependente da vegetação, localidade e estação do ano, que varia de 0,5 a 1,2. Foram usados os valores de 0,85 para a estação úmida (novembro a abril) e 0,45 para a estação seca (maio a outubro) p – porcentagem de insolação máxima diária (N) em relação ao horário de insolação teórico do ano (4380 h) 3.3.4 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) pelo Método de Priestley e Taylor – (P-T) A equação de Priestley-Taylor é uma simplificação da equação de Penman (1948) original, ao qual foi inserido o termo energético, que foi corrigido por um coeficiente de ajuste a (PEREIRA et al., 1997). A vantagem do método do Priestley-Taylor é o uso de poucas variáveis para estimar a ET (Rn, G e temperatura do ar) em relação a outros métodos. A base teórica de α é relativamente bem conhecida, sabendo-se que α pode variar substancialmente, dependendo da rugosidade do dossel e do teor de água de superfície (SANCHES et al., 2010). ((

) (

))

(

)

Em que: 26

α é o coeficiente de Priestley-Taylor, γ a constante psicrométrica. Assumindo que a energia disponível da superfície saturada hipotética de ser o mesmo em toda área (n=1) a equação simplificada para o coeficiente de Priestley-Taylor tem-se: (

)

(

)

3.3.5 Estimativa da Evapotranspiração de Referência (ETo) Método de Jensen & Haise – (J-H) Jensen & Haise (1963), Para regiões áridas e semiaridas, apresentaram a seguinte equação para o cálculo da evapotranspiração: ETo = Rs(0,025Tmed + 0,08)

(22)

em que: Tmed – é a temperatura média diária, °C; Rs – é a radiação solar global convertida em unidades de água evaporada, mm; Os valores de Rs foram obtidos pela fórmula de Angstrom, utilizando-se os coeficientes apresentados por Silva et al. (2005). 3.4 Comparação entre os Métodos A série de valores de ETo diários utilizada foi dividida em período seco (outubro a março) e período úmido (abril a setembro), de acordo com as características pluviométricas da região, que de acordo com Pereira et al. (2002) apresenta precipitações no período outonoinverno. Na comparação dos valores de ETo entre o método de Penman-Montheith com os demais métodos foram utilizados os critérios propostos por Jensen et al. (1990), envolvendo erro-padrão de estimativa (EPE) (7) e erro-padrão de estimativa ajustado (EPEa) (8), coeficiente de ajustes das equações lineares completas, como também seus respectivos coeficientes de determinação (R²). Metodologia coincidente à utilizada por Oliveira et al. (2005) e Reis et al. (2007) para comparar vários métodos de estimativa da ETo com o método padrão de Penman-Montheith.

27

(

∑(

)

)

(

)

em que: Yi – evapotranspiração estimada pelo método (mm.d-1); Ym – evapotranspiração estimada pelo método padrão (mm.d-1); e n – número total de observações. (

∑(

)

)

(

)

em que: Yic – evapotranspiração estimada pelo método, corrigida pelos coeficientes da regressão linear (mm.d-1); Ym – evapotranspiração estimada pelo método padrão (mm.d-1); n – número total de observações. Na correlação dos valores estimados de ETo testou-se também os parâmetros relativos à precisão (coeficiente de correlação “r”), exatidão (índice de Willmott “d”) e desempenho (índice “c”) (11). O índice “d” é descrito em Willmott et al. (1985) e seus valores variam entre zero (nenhuma concordância) e 1 (concordância perfeita). Já o índice de desempenho “c” é descrito em Camargo e Sentelhas (1997). √

(

)

Em que: r – coeficiente de correlação; R² – coeficiente de determinação. [

∑ ∑(|

|

|

|)

]

( 6)

em que: Pi – valor estimado; Oi – valor observado; e O – média dos valores observados. (

)

em que: r – coeficiente de correlação; d – índice de Willmott. 28

Tabela 1. Classificação das correlações de acordo com o coeficiente de correlação (r) Coeficiente de correlação r

classificação

0,0-0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-0,7 0,7-0,9 0,9-1,0

Muito baixa Baixa Moderada Alta Muito alta Quase perfeita

Na Tabela 2 constam os critérios adotados para interpretação dos métodos de estimativa da ETo utilizando o índice de desempenho “c”. Tabela 2. Valores de “c” para critérios de interpretação do desempenho da estimativa da ETo (Camargo e Sentelhas, 1997). Valores de “c” >0,85 0,76 – 0,85 0,66 – 0,75 0,61 – 0,65 0,51 – 0,60 0,41 – 0,50